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收藏词条   编辑词条 真空热处理加热滞后时间的研究

创建时间:2008-08-02
    1前言

真空热处理以辐射加热为主,其特点是炉膛升温速度比工件升温速度快得多。一方面由于炉膛的隔热材料大多采用石墨毡和陶瓷纤维,这类材料的热容量小,保温性能好,因此,炉膛的热惯性小,升温速度快。另一方面,由于炉内气体极为稀薄,加热元件对工件的传热方式以辐射传热为主,对流传热作用极其微弱,所以,工件的升温速度很慢。故存在加热滞后时间的问题。真空热处理加热保温时间实际上是由以下两部分组成的,一是工件透烧时间(即温度均匀化时间,也就是我们所讨论的加热滞后时间);,二是组织转变的时间。任何方式的热处理加热保温时间实际上均是由这两部分构成的,只不过由于真空热处理的加热方式很特殊,所以使第一部分(即加热滞后时间)成为比较突出的问题。

2影响加热滞后时间的主要因素

影响工件在真空炉中加热滞后时间的因素有工件的材料、尺寸、形状和表面光亮度,以及加热温度与加热方式、装炉量与装炉方式等。本试验是在WZC-30G真空炉上进行的。

2.1加热温度的影响

40CrMnSiMoVA超高强度钢在加热温度分别为920℃、900℃、870℃,试样尺寸为φ50mmX150mm,仅装1件试样,且跟踪热电偶插在试样心部的试验条件下,由于加热元件的辐射能量与其绝对温度的四次方成正比,因此,温度越高,辐射效率越高,工件的加热滞后时间也就越短,工件的升温速度也就越快。

2.2加热方式的影响

40CrMnSiMoVA超高强度钢在加热温度为920℃,试样尺寸为φ35mmX105mm,分装两层,且上、下两层的4号试样的上部与外表面分别固定一支跟踪热电偶。每层7件,共重10kg的试验条件下,采用不同加热方式获得的加热曲线。

无论预热或不预热,试样的升温速率均滞后于炉膛的升温速率;中心试样的升温速率滞后于外部试样的升温速率。采取预热方式,可减少工件截面上的温差以及工件与炉膛之间的温差,在其后的升温过程中,使工件的温度很快接近炉温,有利于减少热应力和变形。

根据真空加热的特点,导热性差的不锈钢、高温合金等材料和含碳量高于0.4%的结构钢、工模具钢等,截面厚度变化大或者有尖角及形状复杂的工件,硬度>35HRC的工件,为减少变形与开裂的危险,都应采取预热方式进行加热。加热温度低的,可采取650-700℃预热一次;加热温度高的可采取650-700℃和850-900℃二次预热。预热时间应保证工件有效截面达到加热温度,一般取保温时间的0.5-1倍,或者通过实测来决定。

2.3尺寸的影响

40CrMnSiMoVA钢不同尺寸试样的单件加热曲线(加热温度为920℃)。直径越大,加热滞后时间就越长。因此真空热处理时,不同尺寸或形状的工件不宜混装在一起进行加热。需要混装时,应以有效厚度最大的工件到温为准,确定加热时间。

装炉量大的加热滞后时间比装炉量少的加热滞后时间长,因此,装炉量应适当,尽量散放,以减少工件加热时的互相屏蔽,使加热更均匀。

3加热滞后时间的确定

由于工件在真空中加热的升温速率比在箱式空气炉中加热慢,比在盐浴炉中加热更慢,因此,不能沿用空气炉或盐浴炉的加热时间做为真空热处理的加热时间。只有在确定加热滞后时间后,再加上常规的组织均匀化时间,才可最终确定真空热处理的加热时间。加热滞后时间的确定办法如下所述。

3.1在工件上直接连接跟踪热电偶(实测法)

这种办法可以准确地指示工件到温时间,即可准确地测定工件的加热滞后时间。它适用于在室温下装出炉的单室真空炉中进行的真空退火、真空回火和真空正压气淬等工艺。

3.2实际测定特定条件下的加热时间(模拟法)

实际测定几种具有代表性的工件厚度、加热温度、装炉量与装炉方式等的加热曲线,测定出相应的加热滞后时间。以后在生产中,根据工件的材料、厚度、加热温度、装炉方式与装炉量等因素来选用条件最相近(就高不就低)的实测加热曲线,确定加热滞后时间。

3.3将空气炉的保温时间延长50%(经验法)

如果没有实测的加热曲线可供选用,那么,将空气炉的保温时间延长50%,作为对工件的加热滞后时间的补偿。如果工件是在7.5X104以上的充气压强下进行加热,则视同在空气中进行加热,时间不需补偿。

4结论

(1)影响工件在真空炉中加热滞后时间的因素主要有加热温度、加热方式、装炉量及装炉方式等。

(2)真空热处理加热滞后时间的确定,可采用实测法、模拟法和经验法。

(3)只有准确、合理地确定真空热处理加热滞后时间,才能保证真空热处理的工件质量满足相关技术文件的要求,而且可以提高经济效益。

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